August Wilhelm von Hofmann

Hofmannin työ kattoi orgaanisen kemian laajan kirjon.

Orgaaninen synteesi Muokkaa

Hofmann oli merkittävä tekijä orgaanisen synteesin tekniikoiden kehittämisessä, joka sai alkunsa Liebigin laboratoriossa Giessenissä. Hofmann ja John Blyth käyttivät ensimmäisenä termiä ”synteesi” artikkelissaan ”On Styrole, and Some of the Products of Its Decomposition” (Styrolista ja eräistä sen hajoamistuotteista), joka edeltää Kolben käyttämää termiä muutamalla kuukaudella. Se, mitä Blyth ja Hofmann kutsuivat ”synteesiksi”, antoi heille mahdollisuuden tehdä päätelmiä styrolin koostumuksesta. Myöhemmin julkaistussa Musprattin ja Hofmannin artikkelissa ”On Toluidine” kuvattiin joitakin ensimmäisiä ”synteettisiä kokeita” (synthetische Versuche) orgaanisen kemian alalla. Vaikka tällaisten kokeiden perimmäisenä tavoitteena oli tuottaa keinotekoisesti luonnossa esiintyviä aineita, tällainen tavoite ei ollut tuolloin käytännössä saavutettavissa. Tekniikan välittömänä tarkoituksena oli soveltaa tunnettuja reaktioita erilaisiin materiaaleihin, jotta saataisiin selville, mitä tuotteita niistä voisi muodostua. Aineen muodostumistavan ymmärtäminen oli tärkeä askel sen sijoittamisessa kehitteillä olevaan ainetaksonomiaan. Tästä tekniikasta tuli Hofmannin tutkimusohjelman perusta. Hän käytti orgaanista synteesiä tutkimusmenetelmänä lisätäkseen kemiallista ymmärrystä reaktiotuotteista ja prosesseista, joilla ne muodostuivat.

Kivihiiliterva ja aniliinitEdit

Hofmannin ensimmäiset tutkimukset, jotka hän suoritti Liebigin laboratoriossa Giessenissä, olivat kivihiilitervan orgaanisten emästen tutkiminen. Hofmann onnistui eristämään kyanolin ja leukolin, jotka Friedlieb Ferdinand Runge oli jo aiemmin ilmoittanut emäksiksi, ja osoitti, että kyanoli oli lähes kokonaan aniliinia, joka oli jo aiemmin osoitettu kasviväriaine indigon hajoamistuotteeksi. Ensimmäisessä julkaisussaan (1843) hän osoitti, että monet aineet, jotka oli aikalaiskirjallisuudessa tunnistettu kivihiiliterva-naftasta ja sen johdannaisista saataviksi, olivat kaikki yhtä ainoaa typpiperäistä emästä, aniliinia. Näitä olivat muun muassa kyanoli, Carl Julius Fritzschen Anilin, Otto Unverdorbenin Krystallin ja Nikolai Zininin Benzidam. Suuri osa hänen myöhemmästä työstään kehitti edelleen ymmärrystä luonnon alkaloideista.

Hofmann teki analogian aniliinin ja ammoniakin välille. Hän halusi vakuuttaa kemistit siitä, että orgaaniset emäkset voidaan kuvata ammoniakin johdannaisina. Hofmann onnistui muuttamaan ammoniakin etyyliamiiniksi ja yhdisteiksi dietyyliamiini, trietyyliamiini ja tetraetyyliammonium. Hän oli ensimmäinen kemisti, joka syntetisoi kvaternääriset amiinit. Hänen menetelmänsä muuntaa amidi amiiniksi tunnetaan nimellä Hofmannin uudelleenjärjestely.

Mikäli primaariset, sekundaariset ja tertiääriset amiinit olivat stabiileja, kun niitä tislattiin korkeissa lämpötiloissa emäksisissä olosuhteissa, kvaternaarinen amiini ei ollut. Kvaternaarisen tetraetyyliammoniumhydroksidin kuumentaminen tuotti tertiääristä trietyyliamiinihöyryä. Tästä tuli perusta nykyisin Hofmannin eliminaationa tunnetulle menetelmälle, jolla kvaternaariset amiinit muunnetaan tertiäärisiksi amiineiksi. Hofman sovelsi menetelmää menestyksekkäästi koniiniin, puolukan kolinergiseen myrkkyyn, ja sai näin aikaan ensimmäisen alkaloidin rakenteen. Hänen menetelmästään tuli erittäin merkittävä väline alkaloidien molekyylirakenteiden tutkimiseen, ja sitä sovellettiin lopulta muun muassa morfiiniin, koka-amiiniin, atropiiniin ja tubokurariiniin. Koniinista tuli lopulta ensimmäinen keinotekoisesti syntetisoitu alkaloidi.

Hofmannin oppilas Charles Blachford Mansfield kehitti vuonna 1848 menetelmän kivihiilitervan fraktioitua tislausta varten ja erotti siitä bentseenin, ksyleenin ja tolueenin, mikä oli olennainen askel kohti kivihiilitervasta saatavien tuotteiden kehittämistä.

Vuonna 1856 Hofmannin oppilas William Henry Perkin yritti syntetisoida kiniiniä Royal College of Chemistryssä Lontoossa, kun hän löysi ensimmäisen aniliinivärin, mauveiinin. Löytö johti monenlaisten keinotekoisesti luotujen värillisten tekstiilivärien luomiseen, mikä mullisti muotimaailman. Hofmannin tutkimukset rosaniliinista, jota hän valmisti ensimmäisen kerran vuonna 1858, olivat alku väriaineita koskevalle tutkimussarjalle. Vuonna 1863 Hofmann osoitti, että aniliininsininen on rosaniliinin trifenyylijohdannainen, ja hän havaitsi, että rosaniliinimolekyyliin voidaan lisätä erilaisia alkyyliryhmiä, jolloin saadaan violetin tai violetin värisiä väriaineita, jotka tulivat tunnetuiksi nimellä ”Hofmannin orvokit”. Vuonna 1864 Hofmann vahvisti, että purppuranpunaista voidaan valmistaa vain hapettamalla kaupallista aniliinia, jossa isomeeriset ortotoluidiini ja paratoluidiini ovat epäpuhtauksina, ei puhtaasta aniliinista. Muita Hofmannin oppilaita, jotka osallistuivat brittiläiseen väriaineteollisuuteen, olivat muun muassa Edward Chambers Nicholson, George Maule ja George Simpson. Palattuaan Saksaan Hofmann jatkoi kokeilujaan väriaineiden parissa ja loi lopulta kinoliininpunaisen vuonna 1887.

Hofmann tutki typen emäksiä, muun muassa kehitti menetelmiä amiinien seosten erottamiseksi ja valmisti suuria määriä ”polyammoniineja” (diamiineja ja triamiineja kuten etyleenidiamiinia ja dietyleenidiamiinia). Vuosina 1855-1857 hän työskenteli Auguste Cahoursin kanssa fosforiperäisten emästen parissa. Hänen kanssaan Hofmann valmisti vuonna 1857 ensimmäisen alifaattisen tyydyttymättömän alkoholin, allyylialkoholin, C3 H5OH. Hän tutki myös sen johdannaista, allyyli-isotiosyanaattia (sinappiöljyä), vuonna 1868 ja tutki erilaisia muita isosyanaatteja ja isonitriilejä (isosyanideja eli karbyyliamiineja).

Hofmann kehitti myös menetelmän, jolla voitiin määrittää nesteiden molekyylipainot höyryntiheyksistä. Hofmann eristi vuonna 1859 pihlajanmarjaöljystä sorbiinihapon, kemiallisen yhdisteen, jota käytetään laajalti elintarvikkeiden säilöntäaineena.

Hofmann ehdotti vuonna 1865 Auguste Laurentin innoittamana systemaattista nimikkeistöä hiilivedyille ja niiden johdannaisille. Se hyväksyttiin kansainvälisesti Geneven kongressissa muutamin muutoksin vuonna 1892.

MolekyylimallitEdit

Hofmann otti ilmeisesti ensimmäisenä käyttöön molekyylimallit orgaanisessa kemiassa, sen jälkeen, kun August Kekule esitteli kemiallisen rakenteen teorian vuonna 1858 ja Alexander Crum Brown otti käyttöön painetut rakennekaavat vuonna 1861. Lontoon Royal Institutionissa 7. huhtikuuta 1865 pidetyssä perjantai-illan puheessa hän esitteli molekyylimalleja yksinkertaisista orgaanisista aineista, kuten metaanista, etaanista ja metyylikloridista, jotka hän oli rakentanut erivärisistä pöytäkrokettipalloista, jotka oli yhdistetty toisiinsa ohuilla messinkiputkilla. Hofmannin alkuperäinen värimaailma (hiili = musta, vety = valkoinen, typpi = sininen, happi = punainen, kloori = vihreä ja rikki = keltainen) on kehittynyt CPK-värimaailmaksi, joka on käytössä nykyäänkin. Vuoden 1874 jälkeen, kun van’t Hoff ja Le Bel itsenäisesti ehdottivat, että orgaaniset molekyylit voivat olla kolmiulotteisia, molekyylimallit alkoivat saada nykyaikaista ulkomuotoaan.

Hofmannin voltamittariEdit

Hofmannin voltamittari on August Wilhelm von Hofmannin vuonna 1866 keksimä veden elektrolyysilaite. Se koostuu kolmesta yhteen liitetystä pystysuorasta sylinteristä, yleensä lasista. Sisempi sylinteri on ylhäältä avoin, jotta siihen voidaan lisätä vettä ja johtavuutta parantavaa ionista yhdistettä, kuten pieni määrä rikkihappoa. Kummankin sivusylinterin pohjaan on sijoitettu platinaelektrodi, joka on kytketty sähkölähteen positiiviseen ja negatiiviseen napaan. Kun virtaa johdetaan Hofmannin voltametrin läpi, anodille muodostuu kaasumaista happea ja katodille kaasumaista vetyä. Kumpikin kaasu syrjäyttää vettä ja kerääntyy kahden ulomman putken yläosaan.